Vì nguyên tử carbon còn thiếu 4 electron để hoàn thành quy tắc bát tử nên nó tự trùng hợp một cách tự nhiên để trở thành carbon vô định hình hoặc chuyển đổi thành các sản phẩm cộng khi cho phản ứng với acid hoặc base Lewis. Quá trình oxy hóa nguyên tử carbon tử tạo ra carbon monoxide, trong khi quá trình khử tạo ra methylen. Các phi kim, kể cả oxy, nếu cho phản ứng với nguyên tử carbon, tạo thành hợp chất carbon hoá trị 2, ví dụ:

Nguyên tử có tính phản ứng cao, hầu hết các phản ứng hoá học của nó đều tỏa nhiệt rất mạnh. Chúng thường được thực hiện trong pha khí ở nhiệt độ nitơ lỏng (77 K). Các phản ứng điển hình với các hợp chất hữu cơ bao gồm:[1]

• Chèn vào liên kết CH trong alkan tạo thành carben.
• Khử oxy của các nhóm carboxyl trong keton và aldehyde để tạo thành carben, chẳng hạn như butanon tạo thành 2-butanyliden.
• Chèn vào các liên kết đôi carbon - carbon để tạo thành một cyclopropyliden trải qua quá trình mở vòng, một ví dụ đơn giản là chèn vào một alken để tạo thành cumulen.

Nếu thêm nước làm chất xúc tác, thì HCOH sẽ chuyển thành formaldehyde, HCHO.